JP6921372B2 - コンクリート締固め作業用視覚補助装置及び締固め方法 - Google Patents

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本発明は、コンクリート構造物の構築におけるコンクリート打設作業に用いるコンクリート締固め作業用視覚補助装置及び締固め方法に関する。
コンクリート構造物の構築においては、型枠内にコンクリートを打設した後、打設されたコンクリートにバイブレータを挿入し、バイブレータの振動によってコンクリートを締め固める作業が行われている。
バイブレータは、振動体を有するバイブレータ本体と、バイブレータ本体に接続された動力伝達用ホースと、動力伝達ホースを通してバイブレータ本体に動力を供給する動力源とを備え、作業員が型枠上から目視しながらバイブレータ本体をコンクリートの所定の位置及び深さに挿入し、その位置で振動を加えるようになっている。
また、締固め作業は、所定の間隔をおいた複数個所にバイブレータを挿入し、位置を変えて繰り返し作業を行うようになっている。
一方、バイブレータによる締固め作業においては、バイブレータ本体がコンクリートに挿入されるため、挿入されたバイブレータ本体の位置及び深さを実際に目視で確認することができず、バイブレータの状態を正確に把握することが困難であった。
そこで、従来では、バイブレータ本体の位置を測定し、その測定データからコンクリート内のバイブレータ本体の位置及び深さを把握できるようにした装置も開発されている(例えば、特許文献1を参照)。
この装置は、バイブレータ本体の位置を測定した測定データを受信機で受信し、数値化された測定データを作業員が所持する表示機又は離れた位置にある表示装置に表示されるようになっている。
特開2016−121499号公報
しかしながら、上述の如き従来の技術では、コンクリートに挿入されたバイブレータ本体の位置及び深さを作業員自身が視覚的に捉えることができず、数値化されたデータ等を所持する表示機に視線を移すことによって又は遠隔地からの伝達によってその都度確認しなければならないという問題があった。
特に、近年の構造物では、鉄筋が密に配置された場合や鉄筋以外の鋼材が配置され、その下側にもコンクリートが打設される場合等のように、狭隘な箇所でのコンクリートの締固めが必要となる場合も多く、このような狭隘な箇所にバイブレータが正確に挿入され、必要な締固めが行われているかが構造物の品質に影響することから、狭隘な箇所における作業時のバイブレータの状況を正確に把握することが求められている。
また、実際のコンクリートの打設作業現場は、一定の範囲内でコンクリートの打設作業、締固め作業、均し作業等の作業が複数の作業員によって同時進行で行われており、且つ、各作業に伴う騒音が生じているので、補助作業員等が計測した締固めの時間やバイブレータの位置情報等を作業員に伝達することが困難であった。従って、作業員自身が作業位置の測定データや締固め時間を確認しなければならないが、締固め作業と位置や時間の確認作業とを同時に行うことが困難であるという問題があった。
さらに、従来では、バイブレータの挿入位置を変える際、バイブレータをコンクリートから引き抜いた後に、既に締固めを終えた位置と新たに締固めを行う位置との位置関係を把握することが難しく、バイブレータの挿入間隔を一定に保つことが困難であった。
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、バイブレータによる締固めの状況を視覚的且つ定量的に把握し、効率よくコンクリートの締固め作業を行えるようにするコンクリート締固め作業用視覚補助装置及び締固め方法の提供を目的としてなされたものである。
上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、バイブレータ本体を打設されたコンクリートに挿入し、前記バイブレータ本体の振動によってコンクリートを締め固める際に用いるコンクリート締固め作業用視覚補助装置であって、前記バイブレータ本体の位置を検出するバイブレータ位置検出手段と、作業員が着用するヘッドマウントディスプレイと、該ヘッドマウントディスプレイの位置を検出するディスプレイ位置検出手段と、前記バイブレータ本体の位置情報及び前記ヘッドマウントディスプレイの位置情報に基づいてバイブレータ本体の拡張現実画像を生成し、前記ヘッドマウントディスプレイに投影する画像処理手段とを備え、前記ヘッドマウントディスプレイを通して視認した実際の光景に前記バイブレータ本体の拡張現実画像が合成されるようにしたことにある。
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記ヘッドマウントディスプレイは、透過型ディスプレイを備えたことにある。
請求項3に記載の発明の特徴は、請求項1又は2の構成に加え、前記バイブレータ本体がコンクリート内に挿入されていることを検出する挿入検出手段と、前記バイブレータ本体がコンクリートに挿入されている時間を計測する締固め時間計測手段とを備え、前記画像処理手段は、計測された前記バイブレータ本体がコンクリート内に挿入されている間の時間を表示する締固め時間表示画像を生成し、前記ヘッドマウントディスプレイに投影するようにしたことにある。
請求項4に記載の発明の特徴は、請求項1〜3の何れか1の構成に加え、前記バイブレータ位置検出手段で検出されたバイブレータ本体の位置情報を記憶する記憶手段を備え、前記画像処理手段は、前記記憶手段に記憶されたバイブレータ本体の位置情報に基づいて既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体の既視仮想現実画像を生成し、前記バイブレータ本体の既視仮想現実画像を前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成するようにしたことにある。
請求項5に記載の発明の特徴は、請求項1〜4の何れか一の構成に加え、前記画像処理手段は、コンクリート構造物に関する設計データを取得する設計データ取得部を備え、前記設計データに基づき設計データ拡張現実画像を生成し、前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成するようしたことにある。
請求項6に記載の発明の特徴は、打設されたコンクリート内にバイブレータ本体を挿入し、前記コンクリートを締め固める締固め方法において、作業員が着用したヘッドマウントディスプレイに、前記バイブレータ本体の位置情報及び前記ヘッドマウントディスプレイの位置情報に基づいて生成した前記バイブレータ本体の拡張現実画像を投影し、前記ヘッドマウントディスプレイを通して視認した実際の光景に前記バイブレータ本体の拡張現実画像を合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づきコンクリートを締め固めることにある。
請求項7に記載の発明の特徴は、請求項6の構成に加え、記憶されたバイブレータ本体の位置情報に基づいて生成した既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体の既視仮想現実画像を前記ヘッドマウントディスプレイに投影し、現在のバイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づき前記バイブレータ本体をコンクリート内に挿入することにある。
請求項8に記載の発明の特徴は、請求項6又は7の構成に加え、コンクリート構造物に関する設計データに基づいて生成した前記設計データ拡張現実画像を前記ヘッドマウントディスプレイに投影し、前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づき前記バイブレータ本体をコンクリート内に挿入するにある。
本発明に係るコンクリート締固め作業用視覚補助装置は、請求項1の構成を具備することによって、本来見ることができないコンクリートに挿入されたバイブレータの状態を視覚的且つ定量的に把握することができる。
また、本発明において、請求項2の構成を具備することによって、透過型ディスプレイを通して実際の視野を確保することができ、作業員の目を保護する保護具としても使用することができる。
さらに、本発明において、請求項3の構成を具備することによって、一定の範囲内でコンクリートの打設作業、締固め作業、均し作業等の作業が複数の作業員によって同時進行で行われている騒然とした作業現場であっても締固め時間を正確に把握することができる。
また、本発明において、請求項4の構成を具備することによって、既に締固めを終えた位置を視覚的に把握することができ、その位置を基準として所定の間隔でバイブレータをコンクリートに挿入することができる。
さらに、本発明において、請求項5の構成を具備することによって、実際に見ることができない埋設物等の位置を視覚的に捉えることができ、バイブレータと鉄筋や型枠等との接触を回避することができる。
本発明に係る締固め方法は、請求項6の構成を具備することによって、バイブレータの状態を視覚的且つ定量的に把握した状態で締固め作業を行うことができ、作業効率の向上及びコンクリートの品質向上を図ることができる。
また、本発明において、請求項7の構成を具備することによって、既に締固めを終えた位置を視覚的に把握することができ、その位置を基準として所定の間隔でバイブレータをコンクリートに挿入することができる。
さらに、本発明において、請求項7の構成を具備することによって、実際に見ることができない埋設物等の位置を視覚的に捉えることができ、バイブレータと鉄筋や型枠等との接触を回避し、安全に作業を行うことができる。
本発明に係るコンクリート締固め作業用視覚補助装置を使用した締固め方法の概要を示す側面図である。 (a)は図1中のヘッドマウントディスプレイの使用態様を示す正面図、(b)は同側面図である。 ヘッドマウントディスプレイを通した作業員の視野を示す概略図であって、(a)は実際の光景を示す図、(b)は同拡張現実画像を投影した状態を示す図、(c)は同鉄筋等の設計データ拡張現実画像を投影した状態を示す図である。
次に、本発明に係るコンクリート締固め作業用視覚補助装置の実施態様を図1〜図3に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号1はバイブレータ、符号2はコンクリート締固め作業用視覚補助装置(以下、視覚補助装置という)である。
バイブレータ1は、図1に示すように、振動体を有するバイブレータ本体3と、バイブレータ本体3の上端に接続された動力伝達ホース4と、動力伝達ホース4を通してバイブレータ本体3に動力を供給する動力源5とを備え、型枠6上の作業員7によってバイブレータ本体3が型枠6内のコンクリート8に挿入され、バイブレータ本体3の振動によってコンクリート8を締め固めるようになっている。
また、締固め作業において、作業員7は、視覚補助装置2を使用することにより、締固め作業に関する状況を視覚的及び定量的に把握することができるようになっている。
視覚補助装置2は、バイブレータ本体3の位置を検出するバイブレータ位置検出手段10と、作業員7が着用するヘッドマウントディスプレイ11と、ヘッドマウントディスプレイ11の位置を検出するディスプレイ位置検出手段12と、バイブレータ本体3の拡張現実画像G1を生成し、ヘッドマウントディスプレイ11に投影する画像処理手段(図示せず)とを備え、ヘッドマウントディスプレイ11を通して視認した実際の光景にバイブレータ本体3の拡張現実画像G1が合成されるようにしている。
ヘッドマウントディスプレイ11は、図2に示すように、装着バンド13によって作業員7の顔面に装着されるフレーム14と、フレーム14に保持されたディスプレイ本体15とを備え、バイブレータ1を操作する作業員7にディスプレイ本体15を通してバイブレータ1の情報が提供されるようになっている。
また、ヘッドマウントディスプレイ11には、ヘッドマウントディスプレイ11の位置を検出するディスプレイ位置検出手段12と、画像処理手段等を含む演算部(図示せず)とが内蔵され、バイブレータ位置検出手段10及びディスプレイ位置検出手段12によって検出された各位置情報が随時演算部に送信され、バイブレータ本体3の位置情報及びヘッドマウントディスプレイ11の位置情報に基づいてバイブレータ本体3の拡張現実画像G1を生成し、ディスプレイ本体15に投影できるようになっている。
ディスプレイ本体15は、透過型ディスプレイによって構成され、ヘッドマウントディスプレイ11を通して実際の状況を視認できるようになっており、作業員の目を保護する保護具としても機能するようになっている。
バイブレータ位置検出手段10は、例えば、バイブレータ本体3内に内蔵されたGPSユニット等によって構成され、バイブレータ本体3の位置を精密に検知することができるようになっている。
また、バイブレータ本体3には、挿入検出手段として複数の圧力センサ16,16…を備え、各圧力センサ16,16…がコンクリート8より受ける圧力を検知すると演算部に信号が送信され、バイブレータ本体3がコンクリート8に挿入されたことを検出する。
また、各圧力センサ16,16…は、バイブレータ本体3の軸方向に間隔をおいて配置されており、深度計測手段を兼用し、どの圧力センサ16,16…が圧力を検知するかによってバイブレータ本体3のコンクリート8に対する挿入深さを検出するようになっている。
演算部は、バイブレータ本体3の位置情報及びヘッドマウントディスプレイ11の位置情報に基づいてバイブレータ本体3の拡張現実画像G1を生成する画像処理手段と、バイブレータ本体3がコンクリート8内に挿入されている時間を計測する締固め時間計測手段と、バイブレータ位置検出手段10で検出されたバイブレータ本体3の位置情報を記憶する記憶手段とを備え、画像処理手段によってバイブレータ本体3の拡張現実画像G1、締固め時間表示画像G2及びバイブレータ本体3の既視仮想現実画像G3等が生成され、ディスプレイ本体15に投影されるようになっている。
また、画像処理手段は、コンクリート8中に埋設される鉄筋等の設計データを取得する設計データ取得部を備えており、図3(c)に示すように、ヘッドマウントディスプレイ11の位置情報と鉄筋や型枠等の設計データに基づき設計データ拡張現実画像G4,G4…を生成し、バイブレータ本体3の拡張現実画像G1とともにディスプレイ本体15に投影できるようになっている。
また、画像処理手段は、打設済みの下層コンクリート上面8aの設計データに基づいて既設の下層コンクリート上面8aの設計データ拡張現実画像G5を生成し、バイブレータ本体3の拡張現実画像G1とともにディスプレイ本体15に投影できるようになっている。
バイブレータ本体3の拡張現実画像G1は、バイブレータ本体3の形状データに基づいてコンクリート8内に挿入された部分の画像を生成し、それをバイブレータ本体3とヘッドマウントディスプレイ11との相対位置関係に基づいて実際のバイブレータ本体3の位置に合わせて投影される。
このバイブレータ本体3の拡張現実画像G1は、随時更新され、バイブレータ本体3の移動やその他の動作に連動してディスプレイ本体15に投影される。
また、バイブレータの拡張現実画像G1のデータは、バイブレータ位置検出手段10で検出されたバイブレータ本体3の位置情報とともに記憶手段に記憶され、画像処理手段は、記憶手段に記憶されたバイブレータ本体3の位置情報に基づいて既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体3の既視仮想現実画像G3を生成し、バイブレータ本体3の既視仮想現実画像G3をバイブレータ本体3の拡張現実画像G1とともにディスプレイ本体15に表示できるようになっている。
締固め時間表示画像G2は、例えば、ディスプレイ本体15の隅部にインジケータ状に表示される。
この締固め時間表示画像G2は、挿入検出手段を担う複数の圧力センサ16,16…が圧力を検知すると、締固め時間計測手段が計測を開始し、この計測データと連動してインジケータのゲージgが増加するようになっている。そして、所定の締固め時間(約10〜15秒)が経過するとゲージgが満ちるようになっている。
また、画像処理手段は、図3(b)(c)に示すように、バイブレータ本体3と平行な方向と水平方向とに向けた各目盛り画像G6,G7を生成し、目盛り画像G6,G7をディスプレイ本体15に投影するようになっている。
次に、この視覚補助装置2を使用したコンクリートの締固め方法について説明する。
コンクリート8は、型枠6内に一定の高さ毎に順次打設し、各層のコンクリート8を打設する毎にバイブレータ本体3をコンクリート8内に挿入し、締め固めるようになっている。
バイブレータ1による締固めは、水平方向に所定の間隔を置いた複数個所にて行い、各位置においてバイブレータ本体3を挿入し、所定の時間コンクリート8に振動を与えた後、バイブレータ本体3を引き抜いて他の位置に移動する作業を繰り返す。
このようなコンクリート8の締固め方法において、先ず、バイブレータ1の動力源5を動作させ、バイブレータ本体3の振動体を振動させるとともに、視覚補助装置2を動作させる。
作業員7が着用したヘッドマウントディスプレイ11の演算部には、バイブレータ本体3の位置情報及びヘッドマウントディスプレイ11の位置情報が随時送信され、画像処理手段は、バイブレータ本体3の位置情報及びヘッドマウントディスプレイ11の位置情報に基づいてバイブレータ本体3の拡張現実画像G1を生成する。
このバイブレータ本体3の拡張現実画像G1は、図3(a)に示すヘッドマウントディスプレイ11を通して視認した実際の光景に合成され、図3(b)に示すような合成画像が生成される。
そして、作業員7は、この合成画像を視認しながらバイブレータ本体3をコンクリート8内に挿入することで、本来不可視なコンクリート8内のバイブレータ本体3の状況を視覚的に把握しながら挿入することができる。
その際、バイブレータ本体3は、図1に示すように、コンクリートの一体化を確実にするために、下端が下層上面8aから一定深さ(例えば、各層50cm厚に打設する場合、下層上面から10cm程度)に至るまで挿入する。
この場合、拡張現実画像G1を含む合成画像とともに目盛り画像G6,G7を確認しながら挿入することによって、バイブレータ本体3が所定の深さに到達したことを視覚的且つ定量的に把握することができる。
また、この位置における拡張現実画像G1は、演算部の記憶手段にバイブレータ本体3の位置情報とともに随時記憶される。
また、型枠6内に鉄筋等が配置されている場合には、図3(c)に示すように、設計データ拡張現実画像G4,G4…をヘッドマウントディスプレイ11に投影し、バイブレータ本体3の拡張現実画像G1とともに実際の光景に合成した合成画像を生成すすることによって、合成画像を確認することで鉄筋等とバイブレータ本体3との接触を回避しつつバイブレータ本体3をコンクリート8内に挿入することができる。
一方、画像処理手段は、複数の圧力センサ16,16…からなる挿入検出手段によってバイブレータ本体3がコンクリート8内に挿入されたことを検知すると、締固め時間計測手段が計測を開始し、この計測データと連動して締固め時間表示画像G2(インジケータ)のゲージgを増加させる。
そして、締固め時間表示画像G2のゲージgが満ちるまでの間、バイブレータ本体3を所定の位置に保持し、振動させることによって、所定時間の締固めが完了する。
締固めが完了、即ち、締固め時間表示画像G2のゲージgが満ちたならば、作業員7は、バイブレータ本体3をコンクリート8内より引き抜き、次の位置に移動させバイブレータ本体3の挿入及び締固め作業を行う。
その際、画像処理手段は、記憶手段に記憶されたバイブレータ本体3の位置情報に基づいて既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体3の既視仮想現実画像G3を生成し、バイブレータ本体3の既視仮想現実画像G3をバイブレータ本体3の拡張現実画像G1とともにディスプレイ本体15に表示する。
よって、作業員7は、バイブレータ本体3を新たに挿入する位置を既視仮想現実画像G3及び目盛り画像G6,G7を基準として客観的に捉えることができ、所望の間隔で挿入することができる。
このように構成された視覚補助装置2及びそれを使用した締固め方法では、本来見ることができないコンクリート8内のバイブレータ本体3の状況を視覚的に捉えることができることによって、正確且つ効率よく締固め作業を行うことができる。
また、視覚補助装置2及びそれを使用した締固め方法は、一定の範囲内でコンクリートの打設作業、締固め作業、均し作業等の作業が複数の作業員によって同時進行で行われている騒然とした作業現場において、締固め作業を行う作業員7がヘッドマウントディスプレイ11を通して、締固め時間、バイブレータ本体3の挿入位置及び深さ等の情報を集約して得ることができる。
尚、上述の実施例では、ゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ11を使用した例について説明したが、その態様は上述の実施例に限定されず、例えば、眼鏡型であってもよい。
また、上述の実施例では、鉄筋等の設計データ拡張現実画像G4,G4…をディスプレイに投影する点について説明したが、ディスプレイに投影する設計データ拡張現実画像G4は特に限定されず、CIMによって管理された鉄筋、鉄骨、型枠、開口部、PC鋼材、その他の補強材等を反映させてもよい。
G1 バイブレータの拡張現実画像
G2 締固め時間表示画像
G3 バイブレータの既視仮想現実画像
G4 設計データ拡張現実画像
G5 コンクリート下層上面の拡張現実画像
G6、G7 目盛り画像
1 バイブレータ
2 コンクリート締固め作業用視覚補助装置
3 バイブレータ本体
4 動力伝達ホース
5 動力源
6 型枠
7 作業員
8 コンクリート
10 バイブレータ位置検出手段
11 ヘッドマウントディスプレイ
12 ディスプレイ位置検出手段
13 装着バンド
14 フレーム
15 ディスプレイ本体
16 圧力センサ

Claims (8)

  1. バイブレータ本体を打設されたコンクリートに挿入し、前記バイブレータ本体の振動によってコンクリートを締め固める際に用いるコンクリート締固め作業用視覚補助装置であって、
    前記バイブレータ本体の位置を検出するバイブレータ位置検出手段と、作業員が着用するヘッドマウントディスプレイと、該ヘッドマウントディスプレイの位置を検出するディスプレイ位置検出手段と、前記バイブレータ本体の位置情報及び前記ヘッドマウントディスプレイの位置情報に基づいてバイブレータ本体の拡張現実画像を生成し、前記ヘッドマウントディスプレイに投影する画像処理手段とを備え、前記ヘッドマウントディスプレイを通して視認した実際の光景に前記バイブレータ本体の拡張現実画像が合成されるようにしたことを特徴とするコンクリート締固め作業用視覚補助装置。
  2. 前記ヘッドマウントディスプレイは、透過型ディスプレイを備えた請求項1に記載のコンクリート締固め作業用視覚補助装置。
  3. 前記バイブレータ本体がコンクリート内に挿入されていることを検出する挿入検出手段と、前記バイブレータ本体がコンクリートに挿入されている時間を計測する締固め時間計測手段とを備え、
    前記画像処理手段は、計測された前記バイブレータ本体がコンクリート内に挿入されている間の時間を表示する締固め時間表示画像を生成し、前記ヘッドマウントディスプレイに投影するようにした請求項1又は2に記載のコンクリート締固め作業用視覚補助装置。
  4. 前記バイブレータ位置検出手段で検出されたバイブレータ本体の位置情報を記憶する記憶手段を備え、
    前記画像処理手段は、前記記憶手段に記憶されたバイブレータ本体の位置情報に基づいて既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体の既視仮想現実画像を生成し、前記バイブレータ本体の既視仮想現実画像を前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成するようにした請求項1〜3の何れか一に記載のコンクリート締固め作業用視覚補助装置。
  5. 前記画像処理手段は、コンクリート構造物に関する設計データを取得する設計データ取得部を備え、前記設計データに基づき設計データ拡張現実画像を生成し、前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成するようした請求項1〜4の何れか一に記載のコンクリート締固め作業用視覚補助装置。
  6. 打設されたコンクリート内にバイブレータ本体を挿入し、前記コンクリートを締め固める締固め方法において、
    作業員が着用したヘッドマウントディスプレイに、前記バイブレータ本体の位置情報及び前記ヘッドマウントディスプレイの位置情報に基づいて生成した前記バイブレータ本体の拡張現実画像を投影し、前記ヘッドマウントディスプレイを通して視認した実際の光景に前記バイブレータ本体の拡張現実画像を合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づきコンクリートを締め固めることを特徴とする締固め方法。
  7. 記憶されたバイブレータ本体の位置情報に基づいて生成した既に作業を終えた位置におけるバイブレータ本体の既視仮想現実画像を前記ヘッドマウントディスプレイに投影し、現在のバイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づき前記バイブレータ本体をコンクリート内に挿入する請求項6に記載の締固め方法。
  8. コンクリート構造物に関する設計データに基づいて生成した前記設計データ拡張現実画像を前記ヘッドマウントディスプレイに投影し、前記バイブレータ本体の拡張現実画像とともに前記実際の光景に合成した合成画像を生成し、該合成画像に基づき前記バイブレータ本体をコンクリート内に挿入する請求項6又は7に記載の締固め方法。
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